只需“一瞬间”,就能爆发匹配核反应堆产能的极致能量;在“飞秒”之间,捕捉原子级微观物理世界的瞬态奥秘;从打破全固态飞秒激光的国内纪录,到赋能尖端工业与前沿科研——这些代表着光学的未来科技,正在超快激光技术中逐步实现。

解码超快光子奥秘,驱动极端制造未来
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超快激光技术与应用研究中心(UPL实验室)自2008年成立以来,致力于超强超快飞秒激光技术及其先进应用技术的相关研究,专注攻关硬核技术。飞秒激光高峰值、窄脉冲的性质,为超快现象研究、高端精密制造与国防前沿装备等领域提供了强有力的手段,能够突破传统加工的物理极限,并在极短时间内聚焦超高能量,进一步实现极端条件下的超精细物理调控。

UPL实验室
UPL实验室长期聚焦于高功率全固态飞秒激光技术、超强超快激光、全固态再生放大以及激光非线性频率变换、高次谐波与阿秒脉冲产生等方向的研究,依托与顶尖科研机构及军工企业的紧密合作,持续推进超快光子学与交叉创新。

UPL实验室获得的科研奖励
核心研究:从光子源头到终端装备,让飞秒激光真正可用
飞秒激光从实验室走向应用,除了做到“快到极致的光束”,高功率、大能量的稳定输出是限制应用的关键条件。激光脉冲极易受到热效应干扰,不同材料的非线性效应复杂,在工业精密加工、医疗手术、国防装备等真实应用中,还需要满足极高的实时性、稳定性和鲁棒性要求。围绕这些关键难题,UPL实验室长期开展核心技术攻关,在实现更高功率、更高能量、更好稳定方面深入研究,让超快技术真正赋能高端装备。
1)更高功率:从源头突破功率与脉宽极限
飞秒激光振荡器是获得超快激光的第一步,产生高功率、大能量且稳定可控的脉冲一直是超快激光技术的难题。为了解决高功率下的热透镜效应和非线性损伤问题,团队从激光增益特性、腔内模式匹配和锁模机制入手,攻克了高功率亚百飞秒全固态激光器的关键技术,实现了二极管抽运的克尔透镜锁模运转,获得激光脉冲宽度35 fs、平均高功率大于20 W的锁模激光,均为目前国际最高水平。通过全面提升输出指标,为极端制造和前沿物理研究提供核心光源支撑。

UPL实验室研发的窄脉冲全固态飞秒激光器样机。(左)装配图(右)激光器样机
2)更高能量的飞秒脉冲:“鱼与熊掌”均可兼得
毫焦级能量的飞秒脉冲在先进激光制造、极紫外产生等领域有重要应用价值。全固态再生放大器具有结构简单,成本较低的优势,综合输出参数可匹敌薄片激光器。UPL团队通过优化晶体散热、再生腔型等核心技术的基础上实现了大脉冲能量、宽重复频率调谐的全固态再生放大,在不改变谐振腔参数的前提下可实现重复频率1 kHz-1 MHz调谐,且最大单脉冲能量达4 mJ(@3 kHz)、最大平均功率50 W(@100 kHz)、最短脉冲宽度132 fs(@100 kHz)。该激光器综合输出参数达国际先进水平,基于该技术已获批科技部重点研发计划增材制造与激光制造专项、大科学装置前沿研究重点专项和JKW基础加强专项项目支持。

全固态再生放大器输出时域、空域高质量脉冲
3)让技术真正用起来:面向先进制造开展实用化探索
在关键方法研究基础上,团队进一步开展了全固态飞秒放大器国产化样机的研制,全面指标对标国际顶尖激光公司产同类品,面向高端工业制造和前沿科研需求开展应用验证,推动相关技术从实验室走向真实任务场景。

全固态飞秒放大器效果图和实物图

UPL获得产业技术奖项
成果亮眼:突破极限,从实验室走向真实场景
多年来,团队坚持面向国家重大需求和国际科技前沿,形成了一批具有代表性的创新成果,率先实现了单脉冲能量12.7 mJ、平均功率113 W、脉宽短至132 fs的全固态飞秒激光系统开发,推动我国在该领域的技术指标迈向新高度。相关成果已在极端制造、目标识别等场景中展现出良好的实用价值和推广前景。
团队领军人物朱江峰教授、田文龙教授、汪礼锋教授等中青年骨干力量,先后主持国家自然科学基金重点项目、科技部国家重大科学仪器设备开发专项等十余项国家级、省部级重大项目。相关成果多次获得行业权威致敬与主流媒体关注。
面向未来:追光而行,赋能超快智能时代
未来,团队将继续立足国家重大需求和世界科技前沿,围绕超快激光技术与智能装备交叉前沿持续攻关,努力建设具有西电特色的创新团队。